KIS AKUSZTIKUS-ABC

Az optimális helyiségakusztika különböző tényezők összetett kölcsönhatásának eredménye, amelyet a helyiség fizikai jellemzői és a rendeltetésszerű használat egyaránt befolyásolnak. Egy helyiség akusztikájának javításához nemcsak a hangterjedés fizikai elveinek megértése, hanem a hang egyéni érzékelésének és a különböző akusztikai jelenségek hatásainak figyelembevétele is elengedhetetlen. A "Kis akusztikai ABC"-ben bemutatott legfontosabb akusztikai fogalmak alapvető megértése elengedhetetlen a megfelelő anyagok kiválasztásához a helyiségakusztika optimalizálásához.

Épületakusztika vs. szobaakusztika

Ha most megnézzük a hangnak az emberekre gyakorolt hatását egy zárt helyiségben, a következő alapvető különbséget láthatjuk:

Az épületakusztika területén ezért többek között azzal a kérdéssel foglalkoznak, hogy hogyan lehet megakadályozni a hang behatolását egy zárt helyiségbe, azaz hogyan lehet hangszigetelni. A teremakusztika ezzel szemben a hang zárt helyiségekben való terjedésének tanulmányozását jelenti, és azt próbálja megvizsgálni, hogy milyen eszközökkel lehet a hang terjedését a helyiségben optimálisan befolyásolni, gyakran a hangcsillapítás (abszorpció) és a célzott visszaverődés vagy diffúzió segítségével.

Emberi hallás

Emberi fülünk érzékeli a légnyomás ingadozásait, amelyeket hanghullámoknak nevezünk, és amelyeket egy hangesemény vált ki. Egy hangesemény hangmagasságát a hang frekvenciája ƒ határozza meg, azaz a másodpercenkénti rezgések száma, amelyet az SI-egység Hertz [Hz] ír le. Minél kisebb a frekvencia, annál nagyobb a hanghullám megfelelő hullámhossza, az emberi fül kb. 20 Hz és 20 000 Hz közötti frekvenciákat érzékel. Az akusztikai tervezés során minden paramétert mindig frekvenciafüggőnek kell tekinteni a tiszta és értelmes tervezés érdekében.

Nem minden hallható jel fedi le az emberi hallás teljes frekvenciatartományát. Az emberi beszéd például kb. 125 Hz és 8 kHz között terjed. Ez a tartomány ezért különösen fontos a teremakusztika tervezésénél. A jel frekvenciaösszetétele eredményezi a jel jellegzetes hangszínét.

Egy hangeseménynek egy bizonyos hangerővel is rendelkeznie kell ahhoz, hogy a fül egyáltalán érzékelje. Ezt nevezzük hallásküszöbnek, amely szintén frekvenciafüggő. Az emberi fül az 500 Hz és 4 kHz közötti hangokra a legérzékenyebb, míg a 100 Hz alatti basszustartományban lévő hangokat csak nagy hangerő esetén érzékeli egyáltalán.

Visszaverődési idő

A legfontosabb mérőszám a teremakusztika vizsgálatakor a T visszaverődési idő. Ez a paraméter azt az időt írja le, amely alatt egy hangesemény az eredeti energiájának milliomod részére csökken, azaz 60 dB szintcsökkenés következik be.

Ha egy hangesemény egy helyiségben keletkezik, a hanghullámok a hangforrás iránykarakterisztikájától függően többé-kevésbé gömbszerűen terjednek a helyiségben. A hangenergiának csak egy része jut el közvetlenül a hallgatóhoz. A hangenergia nagy része a szoba felületeiről történő visszaverődések révén késleltetve éri el a hallgatót. Minél több kemény felület van a helyiségben, annál gyakrabban verődik vissza a hanghullám a helyiségben, és annál több visszaverődés éri el a hallgatót, ami hosszabb visszaverődési időt eredményez. A visszaverődési idő ezért hangelnyelő felületek bevezetésével csökkenthető és szabályozható.

A különböző felhasználási módoknál a helyiség térfogatától függően különböző visszaverődési időket céloznak meg:

Hangelnyelés

A helyiségben a visszhang csökkentéséhez hangelnyelő anyagokat kell használni. Gyakran használnak úgynevezett porózus abszorbereket, azaz bizonyos porozitással rendelkező anyagokat, például textíliákat vagy nyitott pórusú habokat. Az ilyen anyagokban a beeső hangenergia az anyagon belüli súrlódási és diffrakciós hatások révén hővé alakul át, és így "elnyelődik". Ritkábban alkalmaznak membránabszorbereket (más néven paneles hangátalakítókat) vagy Helmholz-abszorbereket, amelyek a beeső hangenergiát más fizikai elv alapján nyelik el. Azt a tulajdonságot, hogy egy anyag mennyire képes elnyelni a hangot, az α dimenziótlan értékkel (hangelnyelési együttható) adják meg. A következőkre vonatkozik:

• α = 1 100%-os elnyelésnek felel meg
• α = 0 0%-os visszaverődésnek felel meg

A különböző anyagok hangelnyelő képessége erősen frekvenciafüggő, ezért a hangelnyelést a visszhangkamrában is mérik és a frekvencia függvényében határozzák meg. Az anyagok osztályozásának megkönnyítése érdekében a frekvenciafüggő hangelnyelési együtthatóból kiszámítható egy átlagérték, amelyet aztán egy hangelnyelő osztályba sorolnak:

A hangelnyelési együttható mérésekor a hangvisszaverő teremben a telepítés típusa is meghatározó a mért érték szempontjából. Az akusztikai függönyök mért elnyelési értékeit ezért nem lehet általánosságban megadni, hanem mindig az adott vizsgálati elrendezéssel kapcsolatban kell megadni. Függönyeinket alapesetben a faltól való 100 mm-es távolsággal, valamint 0%-os és 100%-os redőkivágási engedéllyel mérjük.

Hangszigetelés

Az épületakusztika területén különösen fontos az épületelemek zajcsökkentési mutatója. Ez azt jelzi, hogy a beeső hangot milyen mértékben akadályozzák meg a terjedésben. Az abszorpcióval szemben itt nem a visszaverődések (és így a visszhangidő) csökkentéséről van szó egy zárt helyiségen belül, hanem a helyiség két része vagy különálló helyiségek közötti hangerő csökkentéséről. Egy épületrész hangszigetelése nagymértékben függ annak súlyától és az anyagok összetételétől.

Az R hangcsökkentési mutatót dB-ben adják meg, azaz a hangnyomásszint mértékegységében. A hangnyomás megduplázása 6 dB mért szintnövekedésnek felel meg. A jel érzékelt hangereje azonban sok más tényezőtől is függ, például az expozíció időtartamától, a frekvenciától vagy a spektrális összetételtől. A hangerő szubjektíven érzékelt megduplázódása kb. 10 dB szintkülönbségnek felel meg.

Hangnyomásszint

A hangjelenségek erősségének jellemzésére használt fizikai mennyiség a hangnyomás, amelyet pascalban [Pa] mérnek. Az emberi fül a levegőben lévő nyomásingadozások igen széles tartományát képes érzékelni. A hallásküszöb (kb. 20 μPa) és a fájdalomküszöb (20 Pa) között 1:1.000.000-szeres a különbség. Az egyértelmű ábrázolás érdekében a hangnyomást a hallásküszöbhöz viszonyítva adjuk meg, ami szintén jobban megfelel az emberi hallási benyomásnak. Ennek eredménye a hangszintek esetében a decibel [dB] egység.

Áramlási ellenállás

Amint azt a hangelnyelésről szóló fejezetben leírtuk, a porózus elnyelőkben, amelyek közé a legtöbb függöny tartozik, a beeső hangot az anyagban fellépő súrlódási hatások révén érik el. Az ilyen súrlódás lehetővé tételéhez az úgynevezett áramlási ellenállásnak 500 és 1500 Pa s/m közötti tartományban kell lennie. Ha ez az érték lényegesen kisebb, az anyag hangáteresztőnek mondható; ha az érték lényegesen nagyobb, a hangenergia nagy része vagy visszaverődik, vagy áthalad az anyagon anélkül, hogy a hangenergia további elnyelése megtörténne.

Az áramlási ellenállás a beépítési körülményektől függetlenül jelzi az anyag akusztikai tulajdonságait. Az alkatrész tényleges akusztikai tulajdonságait azonban mindig a helyszíni beépítéssel összefüggésben kell figyelembe venni, amelyre vonatkozóan a hangelnyelési együtthatót mérik.